第十一章核酸的降解和核苷酸代谢 核酸的生物功能DNA、RNA 核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物 糖原合成, UDP-Glc。磷脂合成,CDP乙醇胺,CDP二脂酰甘油。 ③生物能量的载体AIP、GIP ④腺苷酸是三种重要辅酶的组分 NAD、FAD、COA ⑤信号分子cAMP、cGMP 食物中的核酸,经肠道酶系降解成各种核苷酸,再在相关酶作用下,分解产生嘌呤令、嘧啶、核糖、脱氧 核糖和磷酸,然后被吸收。 吸收到体内的嘌呤和嘧啶,大部分被分解,少部分可再利用,合成核苷酸。 人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物,只要食物中有足够的磷酸盐,、糖和蛋白质,核酸就能在体内 正常合成。 核酸的分解代谢: 核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 核酸—核苷酸——核苷+磷酸· 碱基+戊糖-1-磷酸 第一节核酸和核苷酸的分解代谢 核酸的酶促降解 核酸是核苷酸以3丶、5-磷酸二酯键连成的髙聚物,核酸分解代谢的第_步就是分解为核苷酸,作用于磷 酸二酯键的酶称核酸酶(实质是磷酸_脂酶)。 根据对底物的专一性可分为:核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。 根据酶的作用方式分:内切酶、外切酶 1、核糖核酸酶 只水解RNA磷酸二酯键的酶( RNase),不同的RNas专性不同。 牛胰核糖核酸酶(RNasⅠ,作用位点是嘧啶核苷-3-磷酸与其它核苷酸间的连接键。 核糖核酸酶T1(R№aseT1),作用位点是3-鸟苷酸与其它核苷酸的5’OH间的键。 图 2、脱氧核糖核酸酶
１ 第十一章 核酸的降解和核苷酸代谢 核酸的生物功能 DNA、RNA 核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物 糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂酰甘油。 ③生物能量的载体ATP、GTP ④腺苷酸是三种重要辅酶的组分 NAD、FAD、CoA ⑤信号分子cAMP、cGMP 食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧 核糖和磷酸，然后被吸收。 吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。 人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内 正常合成。 核酸的分解代谢： 第一节 核酸和核苷酸的分解代谢 一、 核酸的酶促降解 核酸是核苷酸以 3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷 酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。 根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。 根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。 1、 核糖核酸酶 只水解 RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的RNase 专一性不同。 牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。 核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’ -鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。 图 2、 脱氧核糖核酸酶 核酸 核酸酶 核苷酸 核苷酸酶 核苷 + 磷酸 核苷磷酸化酶 碱基 + 戊糖-1-磷酸
只能水解DNA磷酸二酯键的酶。DNa牛胰脱氧核糖核酸酶ΦDNas)可切割双链和单链DNA。产物 是以5-磷酸为末端的寡核苷酸。 牛胰脱氧核糖核酸酶(D№∞Ⅰ),降解产物为3-磷酸为末端的寡核苷酸 限制性核酸内切酶:细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶,产生3′-OH和5ˆ-P。 图 PstⅠ切割后,戒成3′OH单链粘性末端。 EcoRⅠ切割后,戒成5′-P单链粘性末端。 3、非特异性核酶 既可水解RNA,又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶 小球菌核酸酶是内切酶,可作用于RNA或变性的DNA,产生3-核苷酸或寡核苷酸。 蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。 蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3-OH逐个水解,生成5-核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶从游离的5’OH开始逐个水解,生成3’核苷酸。 二、核苷酸的降解 1、核苷酸酶(磷酸单脂酶) 水解核苷酸,产生核苷和磷酸。 非特异性磷酸单酯酶:不论磷酸基在戊糖的2’、3'、5’,都能水解下来。 特异性磷酸单酯酶:只能水解3’′核苷酸或5’核苷酸(3’核苷酸酶、5’核苷酸酶) 2、核苷酶 两种: ①核苷磷酸化酶:广泛存在,反应可逆。 核苷磷酸化酶 核苷+磷酸 碱基+戊糖-1-磷酸 ②核苷水解酶:主要存在于植物、微生物中,只水解核糖核苷,不可逆 核苷水解酶 核糖核苷+H2O 碱基+核糖 、嘌呤碱的分解 P301图182嘌呤碱的分解 首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨,脱氨反应可发生在嘌呤令碱、核苷及核苷酸水平上
２ 只能水解DNA磷酸二酯键的酶。DNase 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链和单链 DNA。产物 是以 5’-磷酸为末端的寡核苷酸。 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA 的核酸内切酶，产生3ˊ-OH 和5ˊ-P。 图 PstⅠ切割后，形成3ˊ-OH 单链粘性末端。 EcoRⅠ切割后，形成5ˊ-P 单链粘性末端。 3、 非特异性核酸酶 既可水解 RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。 小球菌核酸酶是内切酶，可作用于RNA或变性的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。 蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。 蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH 逐个水解，生成5’-核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’核苷酸。 二、 核苷酸的降解 1、 核苷酸酶 （磷酸单脂酶） 水解核苷酸，产生核苷和磷酸。 非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2’、3’、5’，都能水解下来。 特异性磷酸单酯酶： 只能水解3’核苷酸或5’核苷酸（3’核苷酸酶、5’核苷酸酶） 2、 核苷酶 两种： ① 核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。 ② 核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆 三、 嘌呤碱的分解 P301 图 18-2 嘌呤碱的分解 首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。 核糖核苷+ H2O 核苷水解酶 碱基 + 核糖 核苷 + 磷酸 核苷磷酸化酶 碱基 + 戊糖-1-磷酸
P299反应式 不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同,因此,终产物也不同 排尿酸动物:灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类 排尿囊素动物:哺乳动物(灵长类除外)、腹足类 排尿囊酸动物:硬骨鱼类 排尿素动物:大多数鱼类、两栖类 某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO排出 植物分解嘌呤的途径与动物相似,产生各种中间产物(尿囊素、尿囊酸、尿素、N3) 微生物分解嘌呤类物质,生成№、CO及有机酸(甲酸、乙酸、乳酸、等)。 四、嘧啶碱的分解 P302图18-3嘧啶碱的分解 人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的N3可进一步转化成尿素排出。 第二节嘌呤核苷酸的合成 从头合成 由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸(5-PRP)开始,先合成次黄嘌呤核苷酸,然后由次黄嘌呤核苷酸(IM) 转化为腺嘌呤令核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。 嘌呤环合成的前体:CO2、甲酸盐、Gn、As、Gl P303图184嘌呤环的元素来源及掺入顺序 A.Gln提供NH2:N9 C.5.10甲川HHFA:C8 D.Gln提供NH2:N3 闭环 E CO2 Asp提供NH:N1 G10-甲酰THFA:C2 1、次黄嘌呤核苷酸的合成(IMP)P306图185
３ P 299 反应式 不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。 排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类 排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 排尿囊酸动物：硬骨鱼类 排尿素动物：大多数鱼类、两栖类 某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。 植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。 微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。 四、 嘧啶碱的分解 P302 图 18-3 嘧啶碱的分解 人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。 第二节 嘌呤核苷酸的合成 一、 从头合成 由 5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP） 转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。 嘌呤环合成的前体：CO2 、甲酸盐、Gln、Asp、Gly P303 图 18-4 嘌呤环的元素来源及掺入顺序 A. Gln 提供-NH2：N 9 B. Gly：C4、C5、N7 C. 5.10-甲川FHFA：C8 D. Gln 提供-NH2：N3 闭环 E CO2：C6 F. Asp 提供-NH2：N1 G 10-甲酰THFA：C2 1、 次黄嘌呤核苷酸的合成（IMP） P306 图18-5
磷酸核糖焦磷酸激酶 5-磷酸核糖+ATP 5-PRPP AMP (1)、磷酸核糖焦磷酸转酰勝(转氨) 5-磷酸核糖焦磷酸+Gln 磷酸核糖胺+Glu+ppl 使原来α-构型的核糖转化成β构型 (2)、甘氨酰胺核苷较合成酶 5-磷酸核糖胺+Gly+ATP→甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi (3)、甘氨酰胺核苷较转甲酰基酶 甘氨酰胺核苷酸+N5N甲川HH4+H2O→甲酰甘氨酰胺核苷酸+FH4 甲川基可由甲酸或氨基酸供给 (4)、甲酰甘氨眯核苷酸合成酶 甲酰甘氨酰胺核苷酸+Gh+AP+H→甲酰甘氨脒核苷酸+Glu+ADP+pi 此步反应受重氮丝氨酸和6重氮5-氧正亮氨酸不可逆抑制,这两种抗菌素与Gh有类似结构。 P304结构式:重氮丝氨酸、6重氮5氧-正亮氨酸 (5)、氨基咪唑核苷酸合成酶 甲酰甘氨脒核苷酸+ATP→5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi (1)~(5)第阶段,合成第一个环 (6)、氨基咪唑核苷较羧化酶 5-氨基咪唑核苷酸℃O→5-氨基咪唑4羧酸核苷酸 (7)、氨基咪唑號珀基氨甲酰核苷酸合成 5-氨基咪唑4-羧酸核苷酸+AφAP→5-氨基咪唑4-(N琥珀基)氨甲酰核苷酸 8)、腺苷酸琥酸裂解醇 5-氨基咪唑4-(N琥珀基)氨甲酰核苷酸→5-氨基咪唑4氨甲酰核苷酸+延胡索酸 (9)、氨基咪唑氨甲跣核苷酸转甲酰基酶 5-氨基咪唑4氨甲酰核苷酸N甲酰HH4→5-甲酰胲基咪唑4氨甲酰核苷酸+HH4 (10)、次黄嘌呤核苷酸环水解酶 5-甲酰胺基咪唑4氨甲酰核苷酸亠次黄嘌呤核苷酸+HO 总反应式
４ （1）、 磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨） 5-磷酸核糖焦磷酸 + Gln → 5-磷酸核糖胺 + Glu + ppi 使原来α-构型的核糖转化成β构型 （2）、 甘氨酰胺核苷酸合成酶 5-磷酸核糖胺+Gly+ATP → 甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi （3）、 甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶 甘氨酰胺核苷酸 + N 5 N 10 -甲川FH4 + H2O → 甲酰甘氨酰胺核苷酸 + FH4 甲川基可由甲酸或氨基酸供给。 （4）、 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶 甲酰甘氨酰胺核苷酸 + Gln +ATP+ H2O → 甲酰甘氨脒核苷酸 + Glu+ADP+ pi 此步反应受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，这两种抗菌素与Gln 有类似结构。 P 304 结构式：重氮丝氨酸、6-重氮-5-氧-正亮氨酸 （5）、 氨基咪唑核苷酸合成酶 甲酰甘氨脒核苷酸 + ATP → 5-氨基咪唑核苷酸 + ADP + Pi （1）~（5）第一阶段，合成第一个环 （6）、 氨基咪唑核苷酸羧化酶 5-氨基咪唑核苷酸+CO2 → 5-氨基咪唑-4 羧酸核苷酸 （7）、 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP → 5-氨基咪唑4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸 （8）、 腺苷酸琥珀酸裂解酶 5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸 → 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸 （9）、 氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10 -甲酰FH4 → 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4 （10）、 次黄嘌呤核苷酸环水解酶 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸 → 次黄嘌呤核苷酸+H2O 总反应式： 5-磷酸核糖 + ATP 磷酸核糖焦磷酸激酶 5`-PRPP + AMP
5-磷酸核糖+CO+甲川THFA+甲酰THFA+2Gh+Gly+As+5AIP→ IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi 腺嘌呤核苷酸的合成(AMP)P306图18-5 腺苷酸琥珀酸合成酶 IMP+Asp+GTP 腺苷酸琥珀酸+GDP+Pi 腺苷酸琥珀酸裂解酶 AMP 延胡索酸 从头合成:CO2、2个甲酸盐、2个Gh、1个小、(1+1)个Asp、(6+1)个AP,产生2个G、(1+1) 个延胡索酸。 Asp的结构类似物羽田杀菌素,可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性,阻止AMP生成。 羽田杀菌素:N-羟基N甲酰G(P307) 3、鸟嘌呤核苷酸的合成(P307结构式) IMP脱氢酶 IMP+ NAD++HO 黄嘌呤核苷酸+NADH+H GMP合成酶 黄嘌呤核苷酸+Ghn(或NH)+ATP+HO GMP+ Glu+ AMP+ PPi 4、AMP、GMP生物合成的调节P309图186 5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶,可被终产物AMP、GM反馈抑制。 AMP过量可反馈抑制自身的合成 GMP过量可反馈抑制自身的合成 5、药物对嘌呤核苷酸合成的影响 筛选抗肿瘤药物,肿瘤细胞核酸合成速度快,药物能抑制。 ①羽田杀菌素 与Aφ竞争腺苷酸琥珀酸合成酶,阻止次黄嘌呤核苷酸转专化成AMF ②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮5-氧正亮氨酸,是Gn的结构类似物,抑制Gh参与的反应。 ③氨基蝶呤、氨甲蝶呤 结构P314
５ 5-磷酸核糖 + CO2 + 甲川 THFA + 甲酰 THFA + 2Gln + Gly + Asp + 5ATP → IMP + 2THFA + 2Glu + 延胡索酸 + 4ADP + 1AMP + 4Pi + PPi 2、 腺嘌呤核苷酸的合成（AMP） P306 图18-5 从头合成：CO2 、2 个甲酸盐、2个Gln、1 个 Gly、（1+1）个Asp、（6+1）个 ATP，产生 2个 Glu、（1+1） 个延胡索酸。 Asp 的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP 生成。 羽田杀菌素： N-羟基-N-甲酰-Gly （P307） 3、 鸟嘌呤核苷酸的合成 （P307结构式） 4、 AMP、GMP生物合成的调节 P309图18-6 5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶，可被终产物 AMP、GMP 反馈抑制。 AMP 过量可反馈抑制自身的合成。 GMP 过量可反馈抑制自身的合成。 5、 药物对嘌呤核苷酸合成的影响 筛选抗肿瘤药物，肿瘤细胞核酸合成速度快，药物能抑制。 ①羽田杀菌素 与 Asp 竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。 ②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln 的结构类似物，抑制Gln 参与的反应。 ③氨基蝶呤、氨甲蝶呤 结构 P314 IMP + Asp + GTP AMP + 延胡索酸 腺苷酸琥珀酸合成酶 腺苷酸琥珀酸 +GDP + Pi 腺苷酸琥珀酸裂解酶 IMP + NAD+ +H2O IMP 脱氢酶 黄嘌呤核苷酸 + NADH + H+ 黄嘌呤核苷酸 + Gln（或NH4 +） + ATP + H2O GMP 合成酶 GMP + Glu + AMP + PPi
叶酸的结构类似物,能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合,阻止FH的生成,从而抑制FH4参与的各种 一碳单位转移反应 补救途径 利用已有的碱基和核苷合成核苷酸 1、磷酸核糖转移酶途径(重要途径 嘌呤碱和5玳RP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸 核苷磷酸化酶 嘌呤核苷+磷酸 嘌呤碱+戊糖-1-磷酸 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 腺嘌呤+5-PRP AMP PPi 次黄嘌呤:鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 次黄嘌呤(鸟嘌呤)+5PRP IMP (GMP) PPi 2、核苷激酶途径(但在生物体内只发现有腺苷激酶) 腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷,后者在核苷磷酸激酾的作用下与AP反应,生成腺嘌 呤核苷酸。 核苷磷酸化酶 碱基+核糖--磷酸 核苷+Pi 腺苷激酶 腺苷+ATP 腺苷酸+ADP 嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。 Lesch-Nyan综合症就是由于次黄嘌呤:鸟嘌呤磷酸核 糖转移酶缺陷,AMP合成增加,大量积累尿酸,肾结石和痛风
６ 叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制 FH4参与的各种 一碳单位转移反应。 二、 补救途径 利用已有的碱基和核苷合成核苷酸 1、 磷酸核糖转移酶途径（重要途径） 嘌呤碱和 5-PRPP 在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸 2、 核苷激酶途径（但在生物体内只发现有腺苷激酶） 腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP 反应，生成腺嘌 呤核苷酸。 嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan 综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核 糖转移酶缺陷，AMP 合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。 碱基 + 核糖-1-磷酸 核苷磷酸化酶 核苷 + Pi 腺嘌呤 + 5-PRPP 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 AMP + PPi 嘌呤核苷 + 磷酸 核苷磷酸化酶 嘌呤碱 + 戊糖-1-磷酸 次黄嘌呤（鸟嘌呤） + 5-PRPP 次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 IMP（GMP） + PPi 腺苷 + ATP 腺苷激酶 腺苷酸 + ADP
第三节嘧啶核苷酸的合成 从头合成 与嘌呤核苷酸合成不同,在合成嘧啶核苷酸时,首先合成嘧啶环,再与磷酸核糖结合,生成尿嘧啶核苷 酸,最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。 合成前体:氨甲酰磷酸、Asp(P39图187嘧啶环的元素来源) 1、尿嘧啶核苷的合成P310图188 氨甲酰磷酸的合成 氨甲酰磷酸合成酶 GIn HCO3.+ 2ATP 氨甲酰磷酸+Gu+2ADP+Pi (1)天冬氨酸转氨甲酰酶 氨甲酰磷酸+As 天冬氨酸转氨甲酰酶,氨甲酰天冬氨酸+Pi (2)二氢乳清酸酶 氢乳清酸酶 氨甲酰天冬氨酸 二氢乳清酸+H2O (3)二氢乳清酸脱氢酶(辅基:FAD、FMN) 二氢乳清酸+NAD 二氢乳清酸脱氢酶/FAD、FMN 乳清酸+NADH+H (4)乳清苷酸焦磷酸化酶 乳清酸+PRP一乳清苷酸焦解酸化酶/Ng 乳清苷酸+PPi (5)乳清苷酸脱羧酶 乳清苷酸乳清苷酸脱羧酶 UMP CO 2、胞嘧啶核苷酸的合成 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3(细菌)或Gn(植物)反应,生成胞嘧啶核苷三磷酸。 7
７ 第三节 嘧啶核苷酸的合成 一、 从头合成 与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷 酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。 合成前体：氨甲酰磷酸、Asp （P309 图18-7 嘧啶环的元素来源） 1、 尿嘧啶核苷酸的合成 P310 图 18-8 氨甲酰磷酸的合成 （1） 天冬氨酸转氨甲酰酶 （2） 二氢乳清酸酶 （3） 二氢乳清酸脱氢酶（辅基：FAD、FMN） （4） 乳清苷酸焦磷酸化酶 （5） 乳清苷酸脱羧酶 2、 胞嘧啶核苷酸的合成 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或 Gln（植物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。 Gln + HCO3 - + 2ATP 氨甲酰磷酸合成酶 氨甲酰磷酸 +Glu + 2ADP + Pi 天冬氨酸转氨甲酰酶 氨甲酰磷酸 + Asp 氨甲酰天冬氨酸 + Pi 二氢乳清酸酶 氨甲酰天冬氨酸 二氢乳清酸 + H2O 二氢乳清酸脱氢酶／FAD、FMN 二氢乳清酸 + NAD+ 乳清酸 + NADH + H+ 乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+ 乳清酸 + PRPP 乳清苷酸 + PPi 乳清苷酸脱羧酶 乳清苷酸 UMP + CO2
尿嘧啶核苷酸激酶/Mg2 UMP ATP UDP ADP 核苷二磷酸激酶/Mg2 UDP ATP UTP ADP CTP合成酶 UTP+GIn (NH4)+ATP+ H2O CTP+Glu+ADP+P 3、嘧啶核苷酸生物合成的调节(大肠杆菌) P3Il图18-9大肠杆菌嘧啶核苷酸生物合成的调节 氨甲酰磷酸合成酶:受UMP反馈抑制 天冬氨酸转氨甲酰酶:受CTP反馈抑制 CTP合成酶 受CTP反馈抑制 4、药物对嘧啶核苷酸合成的影响 有多种嘧啶类似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。 5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。 5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸,再转变成脱氧核苷酸,可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶,干 扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程,DNA合成受阻。 二、补救途径 (1)嘧啶核苷激酶途径(重要途径) 嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷,然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UM和CM 核苷磷酸化酶 嘧啶碱+1-磷酸核糖 嘧啶核苷+Pi 尿苷激酶/Mg2 尿苷(胞苷)+AT UMP( CMP)+ ADP (2)磷酸核糖转移酶途径(胞嘧啶不行) 尿嘧啶磷酸核糖转穩酶 尿嘧啶+5PRPP UMP PPi
８ 3、 嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌） P 311 图 18-9 大肠杆菌嘧啶核苷酸生物合成的调节 氨甲酰磷酸合成酶： 受 UMP 反馈抑制 天冬氨酸转氨甲酰酶：受CTP 反馈抑制 CTP 合成酶： 受 CTP 反馈抑制 4、 药物对嘧啶核苷酸合成的影响 有多种嘧啶类似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。 5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。 5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸，再转变成脱氧核苷酸，可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干 扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程，DNA合成受阻。 二、 补救途径 （1） 嘧啶核苷激酶途径（重要途径） 嘧啶碱与 1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP 和CMP。 （2） 磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行） UMP + ATP 尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+ UDP + ADP UDP + ATP 核苷二磷酸激酶／Mg2+ UTP + ADP CTP 合成酶 UTP + Gln（NH4 +）+ ATP + H2O CTP + Glu +ADP+ Pi 嘧啶碱 + 1-磷酸核糖 核苷磷酸化酶 嘧啶核苷 + Pi 尿嘧啶磷酸核糖转移酶 尿嘧啶 + 5-PRPP UMP + PPi 尿苷（胞苷） + ATP 尿苷激酶／Mg2+ UMP（CMP） + ADP
第四节脱氧核苷酸的合成 脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的 (1)腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原,将核糖第_位碳原子的氧脱去,即成为相应的脱氧核 糖核苷酸。 (2)胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸:先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸,然后尿嘧啶再 经甲基化转变成胸腺嘧啶。 核糖核苷酸的还原 ADP、GDP、CDP、UDP均可分别被还原成相应的脱氧核糖核苷酸:dADP、dGDP、dODP、dUDP等, 其中dUDP甲基化,生成dIDP 还原反应一般在核苷二磷酸(NDP)水平上进行,ATP、dATP、dTTP、dGIP是还原酶的变构效应物, 个别微生物(赖氏乳菌杆菌)在核苷三磷酸水平上还原(NIP)。 1、核苷酸还原酶系P312图示 由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶和核苷酸还原酶(B1、B2)三部分组成。 B1、B2亚基结合后,才具有催化活性。 B1上的巯基和B2上的酪氨酸残基是活性中心的催化基因。 另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽 图 ①硫氧还蛋白SH ②硫氧还蛋白还原酶、辅酶FAD ③谷胱甘肽氧还蛋白(酶) ④谷胱甘肽还原酶SH ⑤核苷酸还原酶(RR)-SH 2、核苷酸还原酶结构模型及催化机理 (1)、结构模型 图 B1亚基上有两个调节部位,一个影响整个酶的活性(一级调节部位),另一个调节对底物的专一性(底 物结合部位) 一级调节部位:AP是生物合成的信号分子,而dATP是核苷酸被还原的信号。 底物调节部位:①与AP结合,可促进嘧啶类的UD、CD还原成dUDP、dCDP:②与dTTP或dGTP 结合,可促使GDP(ADP)还原成dGDP(dADP)
９ 第四节 脱氧核苷酸的合成 脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的。 （1）腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核 糖核苷酸。 （2）胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再 经甲基化转变成胸腺嘧啶。 一、 核糖核苷酸的还原 ADP、GDP、CDP、UDP 均可分别被还原成相应的脱氧核糖核苷酸：dADP、dGDP、dCDP、dUDP等， 其中 dUDP 甲基化，生成dTDP。 还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行，ATP、dATP、dTTP、dGTP 是还原酶的变构效应物， 个别微生物（赖氏乳菌杆菌）在核苷三磷酸水平上还原（NTP）。 1、 核苷酸还原酶系 P312 图示 由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶和核苷酸还原酶（B1、B2）三部分组成。 B1、B2亚基结合后，才具有催化活性。 B1上的巯基和B2上的酪氨酸残基是活性中心的催化基因。 另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽。 图 ①硫氧还蛋白 -SH ②硫氧还蛋白还原酶、辅酶FAD ③谷胱甘肽氧还蛋白（酶） ④谷胱甘肽还原酶 -SH ⑤核苷酸还原酶（RR）-SH 2、 核苷酸还原酶结构模型及催化机理 （1）、 结构模型 图 B1 亚基上有两个调节部位，一个影响整个酶的活性（一级调节部位），另一个调节对底物的专一性（底 物结合部位） 一级调节部位：ATP 是生物合成的信号分子，而 dATP 是核苷酸被还原的信号。 底物调节部位：.①与 ATP 结合，可促进嘧啶类的 UDP、CDP还原成dUDP、dCDP；②与 dTTP或 dGTP 结合，可促使 GDP（ADP）还原成dGDP（dADP）
(2)、催化机理自由基催化转换模型 3、脱氧核苷酸的补救(脱氧核苷溦酶途径) 脱氧核苷酸也能利用已有的碱基或核苷进行合成(补救途径,但只有脱氧核苷激酶途径,不存在类似的 磷酸核糖转移酶途径 碱基+脱氧核糖-1-磷酸 核苷磷酸化酶→脱氧核苷+磷酸 脱氧核苷ATP 脱氧核苷激酶→脱氧核苷酸+ADP 二、胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成 由尿嘧啶脱氧核苷酸(dUM)经甲基化生成 Ser提供甲基, NADPH提供还原当量 胸腺嘧啶核苷酸合成酢 dUMP+NN0亚甲基THFA dTMP+二氢叶酸 7,8二氢叶酸+ NADPH+H、二氢叶酸还原酶 5, 6, 7,8-THFA+NDAP+ ser+ THfa ser羟甲基转移酶 Gly+NN0亚甲基THFA+HO 四氢叶酸是碳的载体,参与嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。 氨基嘌呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物,能与二氢叶酸还原酶不可逆结合,阻止HH4的生成,从而抑制H4 参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。 三、核苷酸合成总结P314图18-10 第五节辅酶核苷酸的生物合成 NAD、NADP、FMN、FAD、CoA 烟酰胺核苷酸的合成(NAD、NADP) NAD、NADP是脱氢辅酶,在生物氧化还原系统中传递氢。 合成途径 10
１０ （2）、 催化机理 自由基催化转换模型。 3、 脱氧核苷酸的补救（脱氧核苷激酶途径） 脱氧核苷酸也能利用已有的碱基或核苷进行合成（补救途径），但只有脱氧核苷激酶途径，不存在类似的 磷酸核糖转移酶途径 二、 胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成 由尿嘧啶脱氧核苷酸（dUMP）经甲基化生成。 Ser 提供甲基，NADPH 提供还原当量。 四氢叶酸是一碳的载体，参与嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。 氨基嘌呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制 FH4 参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。 三、 核苷酸合成总结 P314 图 18-10 第五节 辅酶核苷酸的生物合成 NAD、NADP、 FMN、 FAD、 CoA 一、 烟酰胺核苷酸的合成（NAD 、NADP） NAD、NADP 是脱氢辅酶，在生物氧化还原系统中传递氢。 合成途径： 核苷磷酸化酶 碱基 + 脱氧核糖-1-磷酸 脱氧核苷 + 磷酸 脱氧核苷激酶 脱氧核苷 ATP 脱氧核苷酸 + ADP 胸腺嘧啶核苷酸合成酶 dUMP + N5 ,N10 -亚甲基THFA dTMP + 二氢叶酸 二氢叶酸还原酶 7，8-二氢叶酸 + NADPH + H+ 5，6，7，8-THFA + NDAP+ Ser 羟甲基转移酶 Ser + THFA Gly + N5 ,N10 -亚甲基THFA + H2O
